Basiskennis chemie/Classificatie van stoffen/Periodiek Systeem Elementen

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Basiskennis chemie



Aanhangsel


Atomen rangschikken[bewerken]

Reacties van stoffen[bewerken]

Rond 1800 was de kennis van elementen zover gevorderd dat een aantal zaken begon op te vallen. Een van die zaken was dat elementen steeds in een vaste massaverhouding met elkaar reageren.

IJzer en zwavel reageren met elkaar tot ijzersulfide. Dit gebeurt altijd in een verhouding van 7:4, of in formulevorm:

Dit wil dus zeggen dat 4 gram zwavel met 7 gram ijzer zal reageren tot 11 gram ijzersulfide. Of 3.5 gram ijzer met 2 gram zwavel.

Als je probeert 5 gram zwavel met 7 gram ijzer te laten reageren, treedt er wel een reactie op, je krijgt 11 gram ijzersulfide maar je houdt ook 1 gram zwavel over.

Ook voor andere verbindingen werd een vaste massaverhouding tussen de elementen gevonden. Rond 1800 was de conclusie:

Een element reageert altijd alsof het bestaat uit deeltjes met een vaste massa.

Voor ijzer en zwavel geldt blijkbaar dat de massaverhouding tussen deeltjes ijzer en deeltjes zwavel 7:4 is. Voor calcium en zuurstof bleek de verhouding 5:2, voor chloor en waterstof 70:2, voor kwik en zuurstof 25:2. Door van veel verbindingen de massaverhouding te bepalen kon een lijst opgesteld worden van relatieve atoommassa's. Data wil zeggen: er was bijvoorbeeld wel bekend dat een atoom waterstof het lichtste atoom was, koolstof was twaalf keer zo zwaar als waterstof, zuursrof 16 keer en chloor 35.5 keer zo zwaar als waterstof.

Dat er atomen moesten bestaan was in 1800 met deze resultaten overtuigend aangetoond. Het bepalen van de massa van één atoom was toen nog niet mogelijk. Ook nu nog kunnen we één atoom niet wegen. Atomen zijn gewoon te klein. Om hier toch mee te kunnen werken is in eerste instantie besloten dat als de massa van atomen nodig was, deze vermeld wordt voor het aantal atomen dat voorkomt in 1 gram waterstof. Zonder te weten hoeveel atomen dit waren, werd dit aantal atomen 1 mol genoemd.

Later is om praktische redenen, waterstof is als gas lastig te wegen en bovendien brandbaar, besloten dat de mol iets anders gedefinieerd wordt:

1 mol is het aantal deeltjes dat voorkomt in 12 gram koolstof.[1]

Een mol is daarmee ocmpleet vergelijkbaar met een dozijn (12 stuks) of een gros (144 stuks).

Orde in de chaos[bewerken]

Julius Lothar Meyer
Atoomvolume als functie van de molaire massa van elementen
Medeleeff
Mendelev's voorspelling in 1869 van germanium (detail) en daarboven, onder de rode lijn, die van gallium, "?=70" (periodic table 1869)

Was het idee van atomen en elementen rond 1800 in de wetenschap geaccepteerd, hoeveel elementen er waren was toen nog lang niet duidelijk. In de eerste helft van de 19e eeuw was de jacht op elementen open. In een hoog tempo werden steeds weer nieuwe elementen gevonden. Sommige leken op elkaar, zoals chloor, broom en jood, of de groep lithium, natrium, kalium. Ook koper, zilver en goud werden als groep herkend. Een algemeen overzicht ontbrak nog omdat niet duidelijk was hoeveel elementen er nu precies waren: de in Kern en elektronen genoemde lading van de kern, en het feit dat elk element zijn eigen kernlading heeft, werden pas aan het eind van de 19e eeuw bekend.

Los van elkaar bouwden Dmitri Mendelejev en Julius Lothar Meyer aan een totaaloverzicht van de elementen. Meyer bepaalde voor alle bekende elementen het volume van 1 mol van de stof. Als hij de resultaten uitzette tegen de molaire massa van het element, kreeg hij de grafiek zoals die hiernaast staat weergegeven. Omdat 1 mol stof steeds evenveel atomen bevat, zijn de relatieve verschillen en verhoudingen voor 1 mol of 1 atoom precies gelijk.

Mendelejev keek niet naar slechts één eigenschap maar naar zoveel mogelijk eigenschappen van de elementen die hij kende. Ook hij zette de elementen op volgorde van massa. Hij ging echter een stap verder.

Na zink ontbraken er, wat eigenschappen betreft twee elementen. Volgens Mendelejev waren die twee gewoon nog niet ontdekt!. Op grond van de eigenschappen van silicium en tin durfde hij de eigenschappen van het ontbrekende element, door hem eka-silicium genoemd en nu bekend als germanium, te voorspellen. Toen het element een aantal jaren later gevonden werd, bleken de eigenschappen, verbindingen en vindplaats opmerkelijk goed overeen te stemmen met de voorspellingen van Mendelejev.

Vergelijking tussen Mendelev's voorspelling in 1871 en de eigenschappen van gallium en germaninium
Eigenschap Gallium[2] Germanium[3]
Voorspelling Gemeten Voorspelling Gemeten
Atoomgewicht ~68 69.723 72.64 72.59
Dichtheid (g/cm3) 5.9 5.904 5.5 5.35
Smeltpunt (°C) laag 29.767 hoog 947
Kleur grijs grijs
oxide type Vuurvast dioxide vurvast dioxide
Formule van het oxide
Dichtheid van het oxide (g/cm3) 5.5 5.88 4.7 4.7
Type van het hydroxide amfoteer amfoteer
Type oxide zwak basisch zwak basisch
Formule van het chloride
Kookpunt van het chloride (°C) < 100 86 ()
Dichtheid van het chloride (g/cm3) 1.9 1.9

Omdat Mendelejev nog niets wist over de kernlading of de elektronen had hij ook geen last van het feit dar de edelgassen nog niet bekend waren in zijn tijd. Ook op sommige plaatsen waar de molaire massa van een volgend element net iets lager uitvalt, was voor hem geen probleem omdat een van de twee elementen nog niet gevonden was.

Omdat kenmerkende eigenschappen zich periodiek in de lijst herhalen, wordt de tabel die door Mendelejev ontworpen werd aangeduid met de naam: Periodiek Systeem der Elementen, of kortweg periodiek systeem. Vandaag de dag kunnen we deze periodiciteit verklaren uit de opbouw van de elektronenwolk. Omdat de meer naar buiten gelegen schillen meer elektronen kunnen bevatten (zie de paragraaf over elektronenschillen

Het periodiek systeem[bewerken]

Het blijkt dat als de verschillende atoomsoorten worden gerangschikt in een tabel op volgorde van hun atoomnummer van linksboven naar rechtsonder met rijen van bepaalde lengte dan vormen de atoomsoorten in de kolommen families met gelijkaardige eigenschappen. De tabel heet het periodiek systeem der elementen (PSE).

De kolommen van het PSE heten groepen, genummerd van 1 tot en met 18, en de rijen, heten periodes, genummerd van 1 tot en met 7. De groepen 1,2,13,..,18 heten hoofdgroepen en de groepen 3,..,12 overgangsmetalen.

Periode 1 heeft twee groepen, H waterstof en He Helium. Periode 2 en 3 hebben elk 8 groepen. In periode 4 tot en met 7 worden 10 groepen toegevoegd. In periode 6 en 7 bestaat groep 3 uit 15 elementen respectievelijk de Lanthaniden en Actiniden genaamd. Het totaal van de elementen bedraagt: 2 + 8 + 8 + 18 + 18 + 32 + 32 = 118.

De naam van een groep is het eerste element uit de groep, bijvoorbeeld groep 11 heet de kopergroep.

Het periodiek systeem der elementen
1
Ia
18
0
1 1
H
2
IIa
13
IIIa
14
IVa
15
Va
16
VIa
17
VIIa
2
He
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg
3
IIIb
4
IVb
5
Vb
6
VIb
7
VIIb
8
VIIIb
9
VIIIb
10
VIIIb
11
Ib
12
IIb
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
(43)
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
**
(104)
Rf
(105)
Db
(106)
Sg
(107)
Bh
(108)
Hs
(109)
Mt
(110)
Ds
(111)
Rg
(112)
Cn
(113)
Uut
(114)
Fl
(115)
Uup
(116)
Lv
(117)
Uus
(118)
Uuo
*Lanthaniden 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
(61)
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
**Actiniden 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
(93)
Np
(94)
Pu
(95)
Am
(96)
Cm
(97)
Bk
(98)
Cf
(99)
Es
(100)
Fm
(101)
Md
(102)
No
(103)
Lr

Het jaar waarin elementen ontdekt zijn. De elementen op een grijsachtige achtergrond zijn pas ontdekt na het opstellen van het periodiek systeem der elementen[4]
1
Ia
18
0
1 1766
H
2
IIa
13
IIIa
14
IVa
15
Va
16
VIa
17
VIIa
1895[5]
He
2 1817
Li
1798
Be
1808
B
oudh[6]
C
1772
N
1771
O
1886
F
1898
Ne
3 1807
Na
1808
Mg
3
IIIb
4
IVb
5
Vb
6
VIb
7
VIIb
8
VIIIb
9
VIIIb
10
VIIIb
11
Ib
12
IIb
1824
Al
1817
Si
1669
P
oudh
S
1774
Cl
1894
Ar
4 1807
K
1808
Ca
1879
Sc
1791
Ti
1830
V
1797
Cr
1774
Mn
oudh[6]
Fe
1735
Co
1751
Ni
oudh[6]
Cu
1746
Zn
1875
Ga
1886
Ge
1250
As
1817
Se
1826
Br
1898
Kr
5 1861
Rb
1808
Sr
1828
Y
1789
Zr
1801
Nb
1782
Mo
1937
Tc
1844
Ru
1803
Rh
1803
Pd
oudh
Ag
1817
Cd
1863
In
oudh
Sn
1450
Sb
1782
Te
1811
I
1898
Xe
6 1860
Cs
1774
Ba
*
1922
Hf
1802
Ta
1783
W
1925
Re
1803
Os
1803
Ir
1740
Pt
oudh
Au
oudh
Hg
1861
Tl
oudh
Pb
1752
Bi
1898
Po
1940
At
1900
Rn
7 1939
Fr
1898
Ra
**
1964
Rf
1967
Db
1974
Sg
1976
Bh
1984
Hs
1982
Mt
1994
Ds
19994
Rg
1996
Cn
2004
Nh
1998
Fl
2004
Mc
2000
Lv
2010
Uus
1999
Og
*Lanthaniden 1839
La
1803
Ce
1885
Pr
1885
Nd
1941
Pm
1853
Sm
1896
Eu
1886
Gd
1843
Tb
1886
Dy
1878
Ho
1843
Er
1879
Tm
1878
Yb
1907
Lu
**Actiniden 1899
Ac
1828
Th
1913
Pa
1789
U
1940
Np
1940
Pu
1944
Am
1944
Cm
1949
Bk
1950
Cf
1952
Es
1952
Fm
1955
Md
1958
No
1961
Lr
Periode waarin de elementen ontdekt zijn
Oudheid <1650 1651-1700 1701-1750 1751-1800
1801-1868 1869-1900 1901-1950 1951-2000 >2000
  1. Strikt genomen is dat tegenwoordig niet meer correct. Het waarom daarvan wordt uitgelegd in de atoomkern.
  2. Greenwood and Earnshaw, p. 217.
  3. Sjabloon:Cite journal
  4. De jaartallen zijn ontleend aan de verschillende artkelen over de diverse elementen in de Wikipedia.
  5. Helium was in 1868 al gevonden in de chromosfeer van de zon, daaraan dankt het zijn naam. Pas in 1895 werd het ook op aarde gevonden en konden naast de spectroscopische ook andere eigenschappen bestudeerd worden.
  6. 6,0 6,1 6,2 oudh: het element is als sinds de oudheid bekend.
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.